[2017年整理]音频编辑与处理

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1、音频编辑与处理主讲教师：王秀玲Tel：60227830 E-mail：教学基本内容 第一章 音频理论基础知识 第二章 影视音频设备和制作技术 第三章 音频的采集 第四章 用 Windows 录音机制作和处理音频 第五章 GOLDWAVE制作和处理音频 第六章 影视节目制作中音频的使用课程简介本课程主要讲授数字音频技术的基础理论、数字 音频设备的工作原理、性能指标及操作方法、音频 的采集、基本编辑和各种特效处理技术等,使学生不 仅能全面地掌握数字音频软件的各个知识点，还能 运用这些知识点制作出实用的作品或实现某些较复 杂音频处理目的。其主要任务是为计算机多媒体技 术人员进行多媒体音频处理奠定必要

2、的理论基础和 实际处理能力，并最终提高分析问题、解决问题的 能力。作业及基本要求 本课程教学侧重培养学生的基本技能上机实 践作业为主，作业主要是三个专题：1. 音频 采集；2.音频编辑作业；3.影视节目中声音蒙 太奇的应用。 大作业的方式考核。三个专题上机作业，四 次上机，4次作业均要上交，每次评定满分20 分，总分80分。 大作业为总成绩的80；考勤和平时作业为 总成绩的20。综合评分满分100分。学习参考书 数字音频原理及应用 机械工业出版社 卢官明主著 MIDI技巧与数字音频 清华大学出版社 颜东成主编 多媒体技术基础 清华大学出版社 林福 宗编著 音频视频编缉与制作中国水利水电出版 社

3、 韩雪涛主编第一章 音频理论基础知识第一节 声音听觉理论一、声波传播特点l 声音是以声波的形式进行传递和存在的。l 声波是一种机械波，具有纵波一般的波动特性 ，例如，反射、折射、绕射、干涉等。l 声波在传播中遇到障碍物时，它的能量一部分 会被障碍物吸收，另一部分会被反射回来。若在 一个封闭的室内，产生的反射声波会被周围的墙 壁、天花板和其它障碍物所吸收和反射，形成一 系列逐渐衰减的反射声波 。第一节 声音听觉理论一、声波传播特点l 从声音的发出到衰减60分贝（至原来的百万分之 一）所需要的时间称为混响时间。一般，常用混响 时间的长短来表明封闭室的混响衰减速度。房间混 响时间的长短对听音效果有很

4、大影响。第一节 声音听觉理论二、声音的三要素自然界里，几乎所有声源发出的声音都不是只 有一种频率和强度的“纯音”，而是包含了许多频率 不同、强度不等的声音分量，组合成的复合音响， 而且在发声过程中，其频率和强度不断地变化着。 在音响中，频率最低的分量称为基音或基频，其它 频率中，凡比基频高的分量统称泛音。在很多情况 下，泛音的频率呈基音频率的整数倍形式，所以泛 音也称为高次谐波分量或谐音。第一节 声音听觉理论二、声音的三要素1、音调音调是人耳对声音调子高低的主观感受。人耳 的音调感觉与声音的频率相对应。频率高，音调高 ，声音听起来“尖”；频率低，音调低，声音听起来 “低沉”。在复合音中，音调决

5、定于基频频率。但是 ，音调的高低感觉与声音频率之间不存在线性的对 应关系，而是呈一种对数曲线的对应关系。音乐中音阶的划分是在频率的对数坐标（20log ）上取等分而得的：音阶CDEFGAB简谱 符号1234567 频率（Hz）261293330349392440494 频率（对数）48.349.350.350.851.852.853.8示例1：不同音调 示例2：正常 改变 第一节 声音听觉理论二、声音的三要素2、音色音色是人耳听觉的一种感受特性，代表人耳 区别相同响度和音调的两类不同声音的主观感觉 。人耳对音色的感觉决定于声音中泛音各分量的 数量、相对强度关系和分布。当许多不同乐器同奏一曲时，

6、尽管它们所发 出声音的基频频率相同，人们还是能分辨出各种 乐器的不同声音特色，这正是由于其它频率分量 的多少和大小比例不同的缘故。音色与声音信号 的频谱相对应。每一种声音都有一基本频率，称 为基频或基音，同时还有与基频成倍数关系的许 多不同倍频的频率，称为谐波或泛音。基本频率 决定了声音的音调，而谐波成分则决定着声音的 音色。音色是由混入基音的泛音所决定的，高次谐 波越丰富,音色就越有明亮感和穿透力。不同的谐 波具有不同的幅值An和相位偏移n，由此产生各 种音色效果。示例1：不同乐器 示例2：正常 改变 第一节 声音听觉理论二、声音的三要素3、响度人耳对声音强弱的主观感觉称为响度，主要 取决于

7、声波振幅的大小，但并非是线性关系。人 耳可以听到的声强范围最小和最大之间的差别可 达1013倍。声音的响度一般用声压与基准声压比 值的对数值（称为声压级），单位是分贝(dB)。 （声压级=20lgP/P。，一般以1kHz纯音为准进行 测量，人耳刚能听到的声压为0dB）通常认为，对于1kHz纯音，0dB20dB为宁 静声，30dB-40dB为微弱声，50dB70dB为正 常声，80dB100dB为响音声，110dB130dB 为极响声。分贝是用来表示声音或电信号的功率增减程 度的一种计算单位。它是测量和比较一个系统的 功率,电压和电流大小的相对单位。后来认识到人 类对声音的响应是按对数规律变化的

8、,于是有了一 个单位就是贝尔(Bel)，是电话的发明人的名字。 实际中发现Bel太大了,于是取其十分之一作为一 个新单位,就是分贝(dB)。L=lgI/I0 （贝尔） I和I0分别表示待测声强和标准声强，L表示人耳感 觉到的声音大小，I0是人耳能听到的最小声强，为 10-23瓦/米2。第一节 声音听觉理论三、音频信号的指标1、频带宽度频带宽度或称为带宽，它是描述组成复合信 号的频率范围。音频信号的频带越宽，所包含的 音频信号分量越丰富，音质越好。在自然界声音的频率范围很宽，有些是人类 听不见的。声源种类类频频率范围围 下限频频率上限频频率 男性语语音100HZ9000HZ 女性语语音150HZ

9、10000HZ 电话语电话语 音200HZ3 400HZ 调调幅广播50HZ7 000HZ 调频调频 广播20HZ15 000HZ 专业专业 音响10HZ40 000HZ第一节 声音听觉理论三、音频信号的指标2、动态范围动态范围越大，信号强度的相对变化范围越大 ，音响效果越好。动态范围20log（信号的最大强度 / 信号的 最小强度）第一节 声音听觉理论三、音频信号的指标3、信噪比信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）是有 用信号与噪声之比的简称。 噪音可分为环境噪音 和设备噪音。信噪比越大，声音质量越好。 第一节 声音听觉理论四、听觉的方位感和立体声立体声是指具有空间感的

10、声音，立体 声技术是利用听觉的方位感，在放音时重 现各种声源的方向及相对位置的技术。 第一节 声音听觉理论1、双耳效应人们是用两只耳朵同时听声音的，当某一声源至两只 耳朵的距离不同时，此时两只耳朵虽然听到的是同一声波 ，但却存在着时间差（相位差）和强度差（声级差），由 于到达两耳处的声波状态的不同，造成了听觉的方位感和 深度感。这就是常说的“双耳效应”。人们设法特意地在两 耳处制造出与实际声源所能够产生的相同的声波状态，就 应该可以造成某个方向上有一个对应的声源幻象（声像） 感觉，这正是立体声技术的生理基础。四、听觉的方位感和立体声第一节 声音听觉理论2、立体声系统双声道的立体声系统是最基本的

11、能给人的双耳造成立 体声像的系统。在双声道立体声系统中，为了正确重现真 实声源的方位，录音时必须用两只配对的传声器，信号传 输通道也需独立分开，而且每条信道的放大率、频响特性 等都必须相同，任何差异都会明显改变声像的位置，影响 立体声效果。四、听觉的方位感和立体声示例：单声道 双声道第二节 数字音频原理由于音频信号是一种连续变化的模拟信 号，而计算机只能处理和记录二进制的数字 信号，因此，由自然音源而得的音频信号必 须经过一定的变化和处理，变成二进制数据 后才能送到计算机进行再编辑和存贮。 第二节 数字音频原理把模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换，它主要 包括：采样：在时间轴上对信号数

12、字化；量化：在幅度轴上对信号数字化；编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据。脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）是一 种模数转换的最基本编码方法。CD-DA采用的就是这种 编码方式。一、PCM编码原理动画演示动画演示 第二节 数字音频原理二、数字音频的技术指标1、采样频率采样频率是指一秒钟内采样的次数。采样频率的选择 应该遵循奈奎斯特（Harry Nyquist）采样理论：如果对 某一模拟信号进行采样，则采样后可还原的最高信号频率 只有采样频率的一半，或者说只要采样频率高于输入信号 最高频率的两倍，就能从采样信号系列重构原始信号。根据该采样理论，CD 激光唱盘采

13、样频率为 44KHz，可记录的最高音频为22KHz，这样的音 质与原始声音相差无几，也就是我们常说的超级 高保真音质。采样的三个标准频率分别为： 44.1KHz，22.05KHz和11.025KHz。第二节 数字音频原理二、数字音频的技术指标2、量化位数量化位是对模拟音频信号的幅度轴进行数字化，它决 定了模拟信号数字化以后的动态范围。由于计算机按字节 运算，一般的量化位数为8位和16位。量化位越高，信号 的动态范围越大，数字化后的音频信号就越可能接近原始 信号，但所需要的存贮空间也越大。第二节 数字音频原理二、数字音频的技术指标3、声道数有单声道和双声道之分。双声道又称为立体声，在硬 件中要占

14、两条线路，音质、音色好，但立体声数字化后所 占空间比单声道多一倍。第二节 数字音频原理二、数字音频的技术指标4、数据率数据率为每秒bit数，它与信息在计算机中的实时传输 有直接关系，其大小与采样指标和压缩方法有关。未经压 缩的数字音频数据率可按下式计算：数据率采样频率（Hz）量化位数（bit）声道数 （bit/s）采样样率（ KHz）量化位 （bit）声道数容量（ MB/min）等效音质质11.0258单单0.66语语音22.0516双5.292FM广播44.116双10.584CD唱盘盘第二节 数字音频原理二、数字音频的技术指标5、编码算法数据文件格式编码的作用其一是采用一定的格式来记录数字

15、数据， 其二是采用一定的算法来压缩数字数据以减少存贮空间和 提高传输效率。压缩算法包括有损压缩和无损压缩；有损 压缩指解压后数据不能完全复原，要丢失一部分信息。压 缩编码的基本指标之一就是压缩比，它通常小于1。压缩 越多，信息丢失越多、信号还原后失真越大。根据不同的 应用，应该选用不同的压缩编码算法。u音频信号的压缩编码算法一、PCM编码这是一种最通用的无压缩编码。特点是保真度高 ，解码速度快，但编码后的数据量大。CD-DA就是采 用的这种编码方式。 u音频信号的压缩编码算法二、ADPCM编码ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation），

16、称为自适应差分脉冲编码。这是一种有 损压缩，它丢掉了部分信息。由于人耳对声音的不敏感 性，适当的有损压缩对视听播放效果影响不大。ADPCM 记录的量化值不是每个采样点的幅值，而是该点的幅值 与前一个采样点幅值之差。这样，每个采样点的量化位 就不需要16 bit，由此可减少信号的容量。可选的幅度 差的量化比特位为8 bit、4 bit和2 bit。SB16的ADPCM 编码采用4 bit 量化位，对 CD音质信号压缩，其压缩 比为1：4，压缩后基本上分辨不出失真。u音频信号的压缩编码算法三、MP3编码MP3 是利用 MPEG Audio Layer 3 的技术, 将音频 信息用 1:10 甚至 1:12 的压缩率, 变成容量较小的数 据文件。当然这是一种有损压缩，但是人耳却基本不能 分辨出失真来。按照这种算法，十张CD-DA的内容可以 压缩到一张C